CN114322356A - 一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统。一方面，太阳能经光伏板组件转化的电能，给溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵、电解水装置及电加热装置供电。另一方面，太阳能经光伏板组件转化的热能，作为发生器和生活用水的热源，多余的热能可由储热器进行储存。光照不足时，可用储热器以及公共电网进行增补。电解水装置中产生的氢气可作为氢原料电池的原料，也可以与天然气充分混合后供厨房中的生活使用。电解水‑氢燃料电池装置作为蓄电池组，氢燃料电池产生的电能可以加热生活用水，也可以供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵运行，还可以用于电加热装置。本发明是针对村镇建筑设计的一套使用清洁能源的供能系统。

Description

一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统
技术领域
本发明涉及一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统，属于太阳能利用技术领域。
背景技术
当前国家已将“节能、减排”列入政府工作范围，对新能源的研究和利用，给予大量的技术和资金扶持。资料显示，太阳每秒照射到地球上的能量相当于500万t煤燃烧所产生的能量，而且还不排放任何有害气体。合理利用太阳光热，并将其替代为能源，这将是未来人们所获得能源的重要来源之一。
随着我国经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，人们对于住宅的舒适需求日益强烈。在一些还没有实现集中供暖的村镇，越来越多的居民选择自行采取措施来达到给房间制冷和制热的目的。对于村镇建筑来说，一方面建筑空地较多，阳光比较充足，有足够的区域摆放光伏板，另一方面是住宅分布较为分散，实现集中供暖还存在较大难度。
为了解决上述问题，目前国内对燃烧产生的烟气进行了净化处理，但是这并没有从源头解决当前能源稀缺的问题。随着人们思想的转变，环保意识的增强，清洁能源的使用已是大势所趋。开发利用太阳能资源建设光伏系统，对减轻我国能源供应压力、减少二氧化碳排放、减少城市污染起到积极作用。发展太阳能技术和产业已经成为了国家发展战略，涉及到国家的能源政策、环保政策和气候政策。
发明内容
本发明的目的在于缓解村镇地区供能紧张，减少二氧化碳的排放，确保实现碳达峰、碳中和目标，推动我国绿色发展迈上新台阶。
本发明的技术方案是：
一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统，包括光伏光电系统、光伏光热系统、电解水-氢燃料电池装置及溴化锂/水吸收式制冷机组。所述光伏光电系统包括：光伏板组件1、光伏控制器2、逆变器一3，滤波器一4、变压器一5，所述光伏控制器2与光伏板组件1、逆变器一3连接；所述光伏板组件1产生的直流电通过光伏控制器2向逆变器一3供电；所述逆变器一3产生的交流电经滤波器一4筛选出正弦波段电流后传递给变压器一5；所述变压器一5将电压升至220V后给溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵17、电解水装置6及电加热装置14供电。所述光伏光热系统包括：光伏板组件1、温度传感器11、热传导组件12、储热器13，所述光伏板组件1经太阳能光照后产生的热能温度达到75℃时，温度传感器11将信号传递给热传导组件12；所述热传导组件12将吸收的热能传导给储热器13跟溴化锂/水吸收式制冷机组中的发生器15，这部分热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器15的热源；所述储热器13在光照不足的情况下，辅助太阳能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器15的热源。所述电解水-氢燃料电池装置包括：电解水装置6、氢燃料电池7、逆变器二8、滤波器二9、变压器二10，所述电解水装置6中产生的氢气作为氢燃料电池7的原料跟生活用天然气的增补；所述氢燃料电池7内产生的直流电传递给逆变器二8；所述逆变器二8产生的交流电经滤波器二9筛选出正弦波段电流后传递给变压器二10；所述变压器二10将电压升至220V后给溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵17及电加热装置14供电。所述溴化锂/水吸收式制冷机组包括：发生器15、热交换器16、水泵17、吸收器18、蒸发器19、冷凝器20。
具体的，所述光伏板组件采用晶体硅，内设有光电传感器，传感器能够将太阳光的光照强度传递给相应的控制装置，控制装置依据光照强度时刻调整光伏板的角度，使得光伏板能够得到最强光照。
具体的，所述一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统，白天光照充足时，太阳能产生的电能供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵和电解水装置运行，使得电解水-氢燃料电池装置作为蓄电池组，将多余的电能以燃料电池形式储存起来，电解水装置中产生的氢气可以作为氢原料电池的原料，也可以与天然气充分混合后供厨房中的生活使用。太阳能产生的热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器的热源，多余的热能可以用储热器储存起来。白天光照不充足时，太阳能产生的电能供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵跟电加热装置运行，太阳能产生的热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器的热源，不足的电量和热量由公共电网提供和产生。
具体的，所述一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统，晚上电解水-氢燃料电池装置进行工作，氢燃料电池产生的电能可以用于加热生活用水，也可以供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵运行，还可以用于电加热装置。系统需利用储热器辅助太阳能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器的热源，不足的电量和热量由公共电网提供和产生。
具体的，所述一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统，过渡季时，溴化锂/水吸收式制冷机组不工作，当所产生电能足以满足系统的负荷要求时，富余电能可以供电解水装置运行，制得氢气供厨房中生活使用，还可以作为氢原料电池的原料，将多余的电能以燃料电池形式储存起来，在高峰期时发电供系统运行。
本发明的有益效果是：1）本系统中采用了两种热源：太阳能和氢燃料电池。太阳能是绿色环保的可再生能源，资源丰富，获取简便且性价比高。氢燃料电池能量转化效率高达60%-80%，燃烧效率也比石油、天然气等高，且燃烧过程绿色无污染，是非常具有发展潜力的一种燃料电池。
2）本系统将电解水-氢燃料电池装置作为蓄电池组，将多余的电能以燃料电池形式储存起来，电解水装置中产生的氢气可以作为氢原料电池的原料，也可以与天然气充分混合后供厨房中的生活使用，氢燃料电池产生的电能可以用于加热生活用水，也可以供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵运行，还可以用于电加热装置。
3）本发明采用了溴化锂/水吸收式制冷机组，与传统的热泵机组相比，可利用余热、废热以及其他低品位热能作为热源，且结构简单，机械运动部件少，噪声小，故障率低，有效减少了化石燃料的燃烧。
附图说明
图1是本发明实施示例流程示意图；
图1中：1光伏板组件、2光伏控制器、3逆变器一、4滤波器一、5变压器一、6电解水装置、7氢燃料电池、8逆变器二、9滤波器二、10变压器二、11温度传感器、12热传导组件、13储热器、14电加热装置、15发生器、16热交换器、17水泵、18吸收器、19蒸发器、20冷凝器、21开关一、22公共电网、23开关二。
具体实施方式
为了更详尽的表述本发明提供的技术方案，下面通过具体实施例进行进一步的说明。
请参照附图所示，一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统的组成包括光伏光电系统、光伏光热系统、电解水-氢燃料电池装置及溴化锂/水吸收式制冷机组。
光伏光电系统包括：光伏板组件1、光伏控制器2、逆变器一3，滤波器一4、变压器一5；光伏板组件1采用晶体硅，内设有光电传感器，传感器能够将太阳光的光照强度传递给相应的控制装置，控制装置依据光照强度时刻调整光伏板的角度，使得光伏板能够得到最强光照；光伏控制器2与光伏板组件1、逆变器一3连接；光伏板组件1产生的直流电通过光伏控制器2向逆变器一3供电；逆变器一3产生的交流电经滤波器一4筛选出正弦波段电流后传递给变压器一5；变压器一5将电压升至220V后给溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵17、电解水装置6及电加热装置14供电；
光伏光热系统包括：光伏板组件1、温度传感器11、热传导组件12、储热器13；光伏板组件1经太阳能光照后产生的热能温度达到75℃时，温度传感器11将信号传递给热传导组件12，热传导组件12将吸收的热能传导给储热器13跟溴化锂/水吸收式制冷机组中的发生器15，这部分热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器15的热源，储热器13在光照不足的情况下，可以辅助太阳能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器15的热源。
电解水-氢燃料电池装置包括：电解水装置6、氢燃料电池7、逆变器二8、滤波器二9、变压器二10，电解水装置6在电解过程中产生的氢气能够作为氢燃料电池7的原料跟生活用天然气的增补；氢燃料电池7内发生化学反应产生的直流电传递给逆变器二8；逆变器二8将直流电转变为交流电后传递给滤波器二9；滤波器二9筛选出正弦波段电流后传递给变压器二10；变压器二10将电压升至220V后给溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵17及电加热装置14供电。
溴化锂/水吸收式制冷机组包括：发生器15、热交换器16、水泵17、吸收器18、蒸发器19、冷凝器20。
一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统，工作过程及原理如下：
光照充足时，在太阳能光伏光电应用方面，光伏板组件1产生的直流电通过光伏控制器2向逆变器3供电，逆变器3产生的交流电经滤波器一4筛选出正弦波段电流后传递给变压器一5，变压器一5将电压升至220V后给溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵17、电解水装置6及电加热装置14供电；在太阳能光伏光热应用方面，光伏板组件1经太阳能光照后产生的热能温度达到75℃时，温度传感器11将信号传递给热传导组件12，热传导组件12将吸收的热能传导给溴化锂/水吸收式制冷机组中的发生器15，这部分热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器15的热源。在光照充足或房间负荷较小时，还可以通过控制阀门将多余热量传递给储热器13进行储存。
光照不足时，在太阳能光伏光热应用方面，利用储热器13储存的热能来辅助太阳能作为热源，储热器13将其热能传导给溴化锂/水吸收式制冷机组中的发生器15，这部分热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器的热源。在制热/冷需求较大或光照不足，且上述方式不能满足系统的正常运行的情况下，可以通过控制开关一21向公共电网22购电进行增补。
在整个系统运行过程中，电解水装置6中产生的氢气一方面可以与天然气充分混合后供厨房中的生活使用。另一方面作为氢燃料电池7的原料，氢燃料电池内发生化学反应产生的电能传递给逆变器二8，逆变器二8产生的交流电经滤波器二9筛选出正弦波段电流后传递给变压器二10，变压器二10将电压升至220V后一是加热生活用水供人使用，二是供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵运行，三是可以用于电加热装置14。
本实施示例提供的运行模式与策略如下：
白天光照充足时，太阳能产生的电能供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵和电解水装置运行，太阳能产生的热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器的热源，多余的热能可以用储热器储存起来；白天光照不充足时，太阳能产生的电能供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵跟电加热装置运行，太阳能产生的热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器的热源。在制热/冷需求较大或光照不足，且上述方式不能满足系统的正常运行的情况下，可以通过控制开关一21向公共电网22购电进行增补。
在光照充足时将太阳能产生的电能供电解水装置运行，使得电解水-氢燃料电池装置作为蓄电池组，将多余的电能以燃料电池形式储存起来，电解水装置中产生的氢气可以作为氢原料电池的原料，也可以与天然气充分混合后供厨房中的生活使用，氢燃料电池产生的电能可以用于加热生活用水，也可以供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵运行，还可以用于电加热装置。
晚上电解水-氢燃料电池装置进行工作，系统需利用储热器辅助太阳能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器的热源，在制热/冷需求较大或光照不足，且上述方式不能满足系统的正常运行的情况下，可以通过控制开关一21跟开关二23向公共电网22购电进行增补。
过渡季时，溴化锂/水吸收式制冷机组不工作，当所产生电能足以满足系统的负荷要求时，通过调控相关装置将富余电能用来供电解水装置运行。电解水装置制得的氢气可以用来供厨房中生活使用，还可以作为氢原料电池的原料。传统方法采用的是会对环境造成不利影响的蓄电池，本实施示例是将多余的电能以燃料电池形式储存起来，在制热/冷需求较大或光照不足时使用氢燃料电池发电供系统运行
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统，其特征在于：包括光伏光电系统、光伏光热系统、电解水-氢燃料电池装置及溴化锂/水吸收式制冷机组；
所述光伏光电系统包括：光伏板组件（1）、光伏控制器（2）、逆变器一（3），滤波器一（4）、变压器一（5）；所述光伏控制器（2）与光伏板组件（1）、逆变器一（3）连接；所述光伏板组件（1）产生的直流电通过光伏控制器（2）向逆变器一（3）供电；所述逆变器一（3）产生的交流电经滤波器一（4）筛选出正弦波段电流后传递给变压器一（5）；所述变压器一（5）将电压升至220V后给溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵（17）、电解水装置（6）及电加热装置（14）供电；
所述光伏光热系统包括：光伏板组件（1）、温度传感器（11）、热传导组件（12）、储热器（13）；所述光伏板组件（1）经太阳能光照后产生的热能温度达到75℃时，温度传感器（11）将信号传递给热传导组件（12）；所述热传导组件（12）将吸收的热能传导给储热器（13）跟溴化锂/水吸收式制冷机组中的发生器（15），这部分热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器（15）的热源；所述储热器（13）在光照不足的情况下，辅助太阳能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器（15）的热源；
所述电解水-氢燃料电池装置包括：电解水装置（6）、氢燃料电池（7）、逆变器二（8）、滤波器二（9）、变压器二（10）；所述电解水装置（6）中产生的氢气作为氢燃料电池（7）的原料跟生活用天然气的增补；所述氢燃料电池（7）内产生的直流电传递给逆变器二（8）；所述逆变器二（8）产生的交流电经滤波器二（9）筛选出正弦波段电流后传递给变压器二（10）；所述变压器二（10）将电压升至220V后给溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵（17）及电加热装置（14）供电。
2.根据权利要求1所述一种基于光伏光热的村镇建筑耦合供能系统，其特征在于，白天光照时间超过五小时且光照充足时，太阳能产生的电能供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵和电解水装置运行，太阳能产生的热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器的热源，多余的热能可以用储热器储存起来；白天光照时间低于两小时且光照不充足时，太阳能产生的电能供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵跟电加热装置运行，太阳能产生的热能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器的热源，不足的电量和热量由公共电网提供和产生。
3.根据权利要求1所述一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统，其特征在于，在光照时间超过五小时且光照充足时，将太阳能产生的电能供电解水装置运行，使得电解水-氢燃料电池装置作为蓄电池组，将多余的电能以燃料电池形式储存起来，电解水装置中产生的氢气可以作为氢原料电池的原料，也可以与天然气充分混合后供厨房中的生活使用，氢燃料电池产生的电能可以用于加热生活用水，也可以供溴化锂/水吸收式制冷机组中的水泵运行，还可以用于电加热装置。
4.根据权利要求1所述一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统，其特征在于，晚上电解水-氢燃料电池装置进行工作，光伏光热系统需利用储热器辅助太阳能作为加热生活用水和溴化锂/水吸收式制冷机组中发生器的热源，不足的电量和热量由公共电网提供和产生。
5.根据权利要求1所述一种基于光伏/光热的村镇建筑耦合供能系统，其特征在于，在春秋过渡季时，溴化锂/水吸收式制冷机组不工作，当所产生电能足以满足系统的负荷要求时，富余电能可以供电解水装置运行，制得氢气供厨房中生活使用，还可以作为氢原料电池的原料，将多余的电能以燃料电池形式储存起来，在高峰期时发电供系统运行。
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